Tilstopning af lækagen på vasketøjsforurening

Joaquim Goes, en havbiokemiker ved Columbia Climate Schools Lamont-Doherty Earth Observatory, måtte kigge to gange, da han første gang så de små fibertråde flyde i en vandprøve fra Hudson River. Som ekspert i mikroplastikdetektion har han før set en masse små partikler i byvande.

Mikroplastik dukker op i alle afkroge af planeten, fra nysne i Antarktis til fisk og skaldyrsmiddage. De kommer fra en række forskellige kilder, herunder mad- og drikkevarebeholdere, fiskenet, dæk og kosmetiske produkter. Men de partikler, som Goes så, slog ham som tøjrelaterede.

"Da jeg kiggede nærmere, kunne jeg se, at de ikke var fytoplankton eller zooplankton, men fibre, der sandsynligvis var kommet fra vasketøj," sagde han. Sikkert nok, da Goes og hans elever fortsatte med at prøve floden, fandt de faner af fibrene omkring afløb fra vandbehandlingsanlæg, hvilket understøttede ideen om, at vasketøj var synderen.

Derudover karakteriserede nogle af vores elever nogle få prøver, som vi indsamlede i vandvejene, og i de fleste tilfælde var de polyester eller dets derivater, der blev brugt i tøj, sagde Goes.

Med disse faktorer i tankerne, tilføjede Goes, "tror vi, at vask af tøj og spildevand, der frigives fra vaskemaskiner, er den største kilde til mikroplastikfibre i vores vandveje."

Udvaskning til havet

Goes nåede ud til sin ven og samarbejdspartner Beizhan Yan, en ekspert i plastisk identifikation. Yan havde også set fibrene som en del af sin egen forskning i Hudson-floden og havde læst, at de også var blevet fundet i mere end en tredjedel af plastikaffaldet i havet.

"Vi diskuterede ideer til et forslag, og jeg foreslog, at vi skulle fortsætte, hvor eleverne slap, og finde en løsning for at forhindre, at mikroplastik kommer i havet," sagde Goes. "Jeg fortalte ham, at ingen ville tænke på det her som et stort problem, men vi har data til at bevise det, og det ville være et enestående projekt."

Mere forskning er nødvendig for bedre at forstå virkningerne af mikroplastikforbrug på menneskers sundhed, men en nylig undersøgelse viste, at folk, der havde bittesmå plastikpartikler i et vigtigt blodkar, var mere tilbøjelige til at opleve hjerteanfald, slagtilfælde eller død. Mikroplast indåndes og indtages gennem forurenet fisk og skaldyr, vand (både fra hanen og på flaske) og mange andre typer fødevarer.

"Det er klart, at der er en dominans af disse partikler i vores floder og oceaner, og hvis vi ikke håndterer dem, vil de ende i vores fødekæder og skabe problemer," sagde Yan. "Jeg var virkelig interesseret i at se, om vi kunne løse problemet ved kilden."

I dette tilfælde refererer Yan til vaskerummet. En gennemsnitlig ladning på tre pund af skjorter, bukser og sokker kaster hundredtusindvis af mikrofibre ud i kloaksystemet, hvor de glider uopdaget forbi vandkemiske renseanlæg og kommer ind i flod- og havøkosystemer. I USA er de fleste renseanlæg designet til at reducere organisk materiale i vandet, sagde Yan, og er ikke effektive til at fjerne en overflod af fine syntetiske partikler såsom mikroplast.

Det meste moderne tøj indeholder en slags syntetisk materiale. I modsætning til naturlige fibre som bomuld, der helt nedbrydes, forbliver de syntetiske materialer i miljøet for evigt. Goes og hans elever fandt ud af, at polyesterstoffer er de værste stoffer. Vaskemiddel spiller også en rolle:vasketøj vasket med vaskemiddel producerer i gennemsnit 86 % flere mikrofibre end vasketøj vasket med rent vand. Med den gennemsnitlige familie, der vasker 300 læs vasketøj om året, stiger affaldet.

For at løse problemet samlede Yan et hold af tværfaglige forskere fra Columbia University, SUNY Stony Brook University, Cornell University og North Carolina State University. Med ekspertise inden for så forskellige områder som kemi, bæredygtige tekstiler, filtrering og urban minedrift, udvikler og tester forskerne et vandfiltreringssystem til at fange mikrofibre, før de overhovedet forlader vaskemaskinen. Projektet, der er finansieret af National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), blev lanceret i 2023 og løber frem til 2025.

Designer til skala

En af de største udfordringer ved projektet vil være at udvikle et filtreringssystem, der ikke kun kan detektere og udvinde mikrofibrene, men også kan behandle store mængder vand i en hurtig hastighed, siger Nicholas Frearson, seniormedarbejder ved Lamont-Doherty Earth Observatory. .

En typisk vaskemaskine udleder omkring otte liter vand i løbet af en cyklus, sagde han, og mikrofibre kan være så små som en milliontedel af bredden af ​​et hår. Oven i købet vil filteret sandsynligvis blive tilstoppet hurtigt, hvilket kræver en form for automatisk selvrensende cyklus.

"Fitrene fungerer godt i starten, men så bliver de langsomt værre og værre, fordi de bare fanger alt og tilstopper sig selv," sagde han. "Så et af de største problemer, vi forsøger at løse, er, hvordan fjerner du tilstopningen?"

Med en ingeniørbaggrund har Frearson specialiseret sig i at udvikle sensorsystemer til forskere, der arbejder i fjerntliggende områder af verden, og har senest samarbejdet med Yan om et mikroplastikdetektionsprojekt på Sydpolen. Han var ivrig efter at slutte sig til holdet, der arbejdede på problemet med vasketøjsforurening.

"Hvis vi kan forhindre, at fibrene rent faktisk kommer ind i floden, kan vi måske komme langt med at bremse processen med, at havet fyldes op med dem," sagde han.

Den nuværende prototype af udstyret er en fem fod høj labyrint af rør og ventiler, næsten på størrelse med en egentlig vaskemaskine. En andengenerationsmodel vil ideelt set være meget mindre – omtrent på størrelse med en lille kuffert – og en endelig model ville være lille nok til at indbygges i kommercielle vaskemaskiner.

Teknologien vil tjene til at holde mikrofibre ude af kloaksystemet, men vil også bidrage til en cirkulær økonomi, sagde Frearson. Når det er tørret ud, vil mikrofiberslammet, der udvindes fra hver cyklus, ligne en tynd kagelignende skive, der kan genbruges for at producere mere tøj.

Tag konceptet på markedet

Når en prototype af filtreringssystemet er klar, vil holdet teste det i beboelsesbygninger på Columbia University, hvilket kan ske så tidligt som efteråret 2024, sagde Yan. Derefter vil de aktivt søge at overføre den udviklede teknik til industrien og er allerede i samtale med flere producenter.

Fællesskabsuddannelsesprogrammer til at informere offentligheden om mikroplastik og også potentielle midler mod forurening af vasketøj vil blive udviklet og implementeret af Katherine Bunting-Howarth, associeret direktør for New York Sea Grant og en co-PI på projektet.

Andre co-PI'er på projektet inkluderer Benjamin Hsiao, fremtrædende professor i kemi ved Stony Brook University; Karen K. Leonas, professor i tekstilvidenskab ved North Carolina State University; Wei Min, professor i kemi ved Columbia University; og Thanos Bourtsalas, underviser i bæredygtig udvikling og cirkulær økonomi ved Columbia University.

"Vores mål er, at den nye teknologi til fjernelse af mikroplastik, der er testet gennem projektet, over tid vil blive tilgængelig for alle samfund, inklusive traditionelt undertjente samfund, og gavne alle," sagde Yan.

Leveret af planetens tilstand

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.